JP5951344B2 - Ｍｅｍｓデバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ＭＥＭＳデバイスおよびその製造方法に関する。

可動電極と固定電極とで形成されたＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）デバイスは、低損失、高絶縁性、高線形性の特徴を有することから次世代の携帯電話のキーデバイスとして着目されている。このため、電極部分にＡｌ（アルミニウム）等の低抵抗の金属材料を用いることが望ましい。

しかし、ＭＥＭＳの特徴として電極構造を上下駆動させる必要がある。可動電極に用いられるＡｌ等は延性材料であるため、繰り返し駆動させるとクリープ現象（応力による形状の変化）により初期の構造を保てなくなってしまう。これに対し、Ａｌより塑性変形の小さい、例えばＷ（タングステン）等の材料を可動電極に用いることも可能である。しかしながら、Ｗは抵抗値が高く、低抵抗というＭＥＭＳの特性が失われてしまい、好ましくない。

上記問題を解決するため、延性材料で構成される可動電極とそれを支える支持部（アンカー部）とを接続するばね部に、脆性材料を用いる方法が提案されている。この場合、可動電極に接続されるばね部が脆性材料であるため、可動電極を駆動させてもクリープ現象は発生せず、長時間において初期構造から変形するといった問題は発生しない。

しかし、脆性材料からなるばね部は、可動電極およびアンカー部を形成した後、最終的に中空部分となる犠牲層と可動電極との段差部、および犠牲層とアンカー部との段差部を覆うように形成される。これらの段差部上に形成されるばね部（脆性材料）は膜質が劣化する。特に、段差部上に位置するばね部の曲部は、膜質が劣化する。このため、段差部上に形成される脆性材料は、平坦部（犠牲層、可動電極、およびアンカー部の上面）上に形成される脆性材料よりも、エッチングレートが高くなる。その結果、ばね部の加工時において、段差部上における脆性材料は、切断されてしまう。また、切断されなくても、細くなってしまい、繰り返し駆動する際の耐久性が弱くなってしまう。

米国特許第７，２９９，５３８号明細書 特開２０１１−０６６１５０号公報

所望の特性を備えた構造を有するＭＥＭＳデバイスおよびその製造方法を提供する。

本実施形態によるＭＥＭＳデバイスは、基板上に固定された第１電極と、前記第１電極の上方に対向して配置され、上下方向に可動である第２電極と、前記基板上に設けられ、前記第２電極を支持するアンカー部と、前記第２電極と前記アンカー部とを接続するばね部と、を具備し、前記ばね部は、前記第２電極の上面上から前記アンカー部の上面上まで連接して形成され、その間において下面が平坦に形成される。

実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す平面図。 実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す断面図。 実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造工程を示す断面図。 図３に続く、実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造工程を示す断面図。 図４に続く、実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造工程を示す断面図。 図５に続く、実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造工程を示す断面図。 図６に続く、実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造工程を示す断面図。 図７に続く、実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造工程を示す断面図。 図８に続く、実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造工程を示す断面図。 実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造工程を示す拡大平面図。 実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造工程を示す拡大平面図。 実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造工程の変形例を示す拡大平面図。 実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造工程の変形例を示す拡大平面図。

本実施形態を以下に図面を参照して説明する。図面において、同一部分には同一の参照符号を付す。また、重複した説明は、必要に応じて行う。

＜実施形態＞
図１乃至図１３を用いて、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスについて説明する。本実施形態では、上部電極２０と第２アンカー部２１とを接続する第２ばね部３０が、上部電極２０の上面上から第２アンカー部２１の上面上まで連接して形成され、その間において段差なく水平に形成される。これにより、ＭＥＭＳデバイスにおいて、所望の特性を備えた形状の第２ばね部３０を形成することができる。以下に、本実施形態について詳説する。

［構造］
まず、図１および図２を用いて、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造について説明する。

図１は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す平面図である。図２は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図１および図２に示すように、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスは、支持基板１０上の層間絶縁層１１上に設けられた下部電極１２、および上部電極２０を有する。

支持基板１０は、例えば、シリコン基板である。層間絶縁層１１は、その寄生容量を小さくするため、誘電率の低い材料で構成されることが望ましい。層間絶縁層１１は、例えば、ＳｉＨ_４やＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）を原料とした酸化シリコン（ＳｉＯ_Ｘ）で構成される。また、寄生容量を小さくするために、層間絶縁層１１の膜厚は厚いほうが望ましく、層間絶縁層１１の膜厚は、例えば、１０μｍ以上であることが望ましい。

支持基板１０の表面には、電界効果トランジスタなどの素子が設けられてもよい。それらの素子は、ロジック回路や記憶回路を構成する。層間絶縁層１１は、それらの回路を覆うように、支持基板１０上に設けられる。それゆえ、ＭＥＭＳデバイスは、支持基板１０上の回路の上方に設けられる。

なお、例えば、オシレータのようなノイズの発生源になる回路は、ＭＥＭＳデバイスの下方に、配置しないことが望ましい。また、層間絶縁層１１内にシールドメタルを設けて、下層の回路からのノイズが、ＭＥＭＳデバイスに伝播することを抑制してもよい。また、支持基板１０および層間絶縁層１１の代わりに、ガラス基板などの絶縁性基板が用いられてもよい。以下の説明において、支持基板１０および層間絶縁層１１を基板と称する場合がある。

下部電極１２は、基板上に形成され、固定される。下部電極１２は、例えば基板の表面に平行した平板形状である。下部電極１２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、Ａｌを主成分とする合金、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、または白金（Ｐｔ）で構成される。下部電極１２は、下部電極１２と同じ材料で構成された配線１４に接続され、それを介して種々の回路に接続される。下部電極１２の表面には、例えば、ＳｉＯ_Ｘ、窒化シリコン（ＳｉＮ）、またはｈｉｇｈ−ｋ材料で構成される絶縁層１６が形成される。

上部電極２０は、下部電極１２の上方に形成され、中空状態に支持され、上下方向（基板に対して垂直方向）に可動である。上部電極２０は、基板の表面に平行した平板形状であり、下部電極１２に対向して配置される。すなわち、上部電極２０は、第１方向（図１における左右方向）および第１方向に直交する第２方向（図１における上下方向）に広がる平面（基板の表面に平行した平面、以下、単に平面と称す）において下部電極１２にオーバーラップしている。上部電極２０は、例えばＡｌ、Ａｌを主成分とする合金、Ｃｕ、Ａｕ、またはＰｔで構成される。すなわち、上部電極２０は、延性材料で構成される。延性材料とは、その材料からなる部材に応力を与えて破壊する場合に、その部材が大きな塑性変化（延び）を生じてから破壊される材料のことである。

なお、図面において、下部電極１２および上部電極２０の平面における形状は、長方形であるが、これに限らず、正方形、円形、または楕円形であってもよい。また、平面における下部電極１２の面積は、上部電極２０の面積よりも大きいが、これに限らない。

中空に支持された可動な上部電極２０には、第１ばね部２３および複数の第２ばね部３０が接続される。これら第１ばね部２３および第２ばね部３０は、異なる材料で構成される。

第１ばね部２３は、上部電極２０と上部電極２０を支持する第１アンカー部２２とを接続する。

より具体的には、第１ばね部２３の一端は、上部電極２０の第１方向の一端（端部）に接続される。第１ばね部２３は、例えば、上部電極２０と一体に形成される。すなわち、上部電極２０と第１ばね部２３とは、１つに繋がった単層構造であり、同レベルに形成される。第１ばね部２３は、例えば、メアンダ状の平面形状を有する。言い換えると、第１ばね部２３は、平面において、細くかつ長く形成され、曲がりくねった形状を有する。

第１ばね部２３は、例えば、導電性を有する延性材料から構成され、上部電極２０と同じ材料で構成される。すなわち、第１ばね部２３は、例えば、Ａｌ、Ａｌを主成分とする合金、Ｃｕ、ＡｕまたはＰｔなどの金属材料で構成される。

第１ばね部２３の他端は、第１アンカー部２２に接続される。この第１アンカー部２２によって、上部電極２０が支持される。第１アンカー部２２は、例えば、第１ばね部２３と一体に形成される。このため、第１アンカー部２２は、例えば、導電性を有する延性材料から構成され、上部電極２０および第１ばね部２３と同じ材料で構成される。第１アンカー部２２は、例えば、Ａｌ、Ａｌを主成分とする合金、Ｃｕ、ＡｕまたはＰｔなどの金属材料で構成される。なお、第１アンカー部２２は、上部電極２０および第１ばね部２３と異なる材料で構成されてもよい。

第１アンカー部２２は、配線１５上に設けられる。配線１５は、層間絶縁層１１上に設けられる。配線１５表面は、図示せぬ絶縁層によって、覆われている。絶縁層は、例えば絶縁層１６と一体に形成される。この絶縁層には開口部が設けられ、この開口部を経由して第１アンカー部２２は、配線１５に直接接触する。すなわち、上部電極２０は、第１ばね部２３および第１アンカー部２２を介して配線１５に電気的に接続され、種々の回路に接続される。これにより、上部電極２０には、配線１５、第１アンカー部２２、および第１ばね部２３を介して電位（電圧）が供給される。

また、長方形状の上部電極２０の四隅（第１方向および第２方向の端部のそれぞれ）に、第２ばね部３０が１つずつ接続される。なお、本例では、第２ばね部３０が４個設けられているが、この個数に限定されない。この第２ばね部３０は、上部電極２０と上部電極２０を支持する第２アンカー部２１とを接続する。本実施形態に係る第２ばね部３０の詳細については、後述する。

第２アンカー部２１は、ダミー層１３上に設けられる。第２アンカー部２１は、例えば、導電性を有する延性材料から構成され、上部電極２０および第１ばね部２３と同じ材料で構成される。第２アンカー部２１は、例えば、Ａｌ、Ａｌを主成分とする合金、Ｃｕ、ＡｕまたはＰｔなどの金属材料で構成される。なお、第２アンカー部２１は、上部電極２０および第１ばね部２３と異なる材料で構成されてもよい。

ダミー層１３は、層間絶縁層１１上に設けられる。ダミー層１３表面は、例えば絶縁層１６と一体に形成される絶縁層によって、覆われている。この絶縁層には開口部が設けられ、この開口部を経由して第２アンカー部２１は、ダミー層１３に直接接する。なお、第２アンカー部２１は、ダミー層１３に直接接触していなくてもよい。

なお、配線１５およびダミー層１３は、例えば、下部電極１２と同じ材料で構成される。また、配線１５およびダミー層１３の膜厚は、下部電極１２の膜厚と同程度である。

本実施形態における第２ばね部３０は、上部電極２０の上面上から第２アンカー部２１の上面上まで連接して形成され、その間において段差なく水平に形成される。なお、ここでは、ＭＥＭＳデバイスの動作初期状態の構造を例に説明する。

より具体的には、第２ばね部３０の一端は、上部電極２０上に設けられる。このため、第２ばね部３０は上部電極の上面上に接して形成され、第２ばね部３０と上部電極２０との接合部は積層構造になっている。第２ばね部３０の他端は、第２アンカー部２１上に設けられる。このため、第２ばね部３０は第２アンカー部２１の上面上に接して形成され、第２ばね部３０と第２アンカー部２１との接合部は積層構造になっている。この第２アンカー部２１によって、上部電極２０が支持される。

第２ばね部３０は、上部電極２０と第２アンカー部２１との間において、中空状態である。そして、第２ばね部３０は、上部電極２０の上面上、第２アンカー部２１の上面上、および中空状態において、水平に形成される。言い換えると、第２ばね部３０は、上部電極２０の上面上、第２アンカー部２１の上面上、および中空状態において、その下面が平坦に形成される。すなわち、上部電極２０の上面および第２アンカー部２１の上面は同レベル（同等の高さ）であるため、第２ばね部３０は上部電極２０の上面上、第２アンカー部２１の上面上、および中空状態において、同レベルに形成される。このため、第２ばね部３０の下面は、上部電極２０および第２アンカー部２１の上面と同レベルである。言い換えると、第２ばね部３０は、上部電極２０の上面上と中空状態との界面、および第２アンカー部２１の上面上と中空状態の界面において段差を有さない。なお、第２ばね部３０は、その下面のみならず、上面も平坦に形成されてもよい。この第２ばね部３０は、上部電極２０と第２アンカー部２１との間において、例えば、メアンダ状の平面形状を有している。

上記構造を有することにより、第２ばね部３０が切断されたり、細く形成されることによって耐久性が劣化したりすることを抑制できる。

なお、第２ばね部３０は、上部電極２０の上面上、第２アンカー部２１の上面上、および中空状態において、概ね水平であればよい。これは、後述するプロセスにおいて、第２ばね部３０を中空状態にする際に、湾曲等が生じる可能性があるためである。すなわち、ここで「水平」とは、第２ばね部３０に段差部が生じず、その膜質が劣化しない程度に「概ね水平」であることも含むものとする。同様に、第２ばね部３０の下面が「平坦」とは、「概ね平坦」であることも含むものとする。

また、第２ばね部３０は、例えば、脆性材料で構成される。脆性材料とは、その材料からなる部材に応力を与えて破壊する場合に、その部材が塑性変化（形状の変化）をほとんど生じないで破壊される材料のことである。一般に、脆性材料を用いた部材を破壊するのに要するエネルギー（応力）は、延性材料を用いた部材を破壊するのに要するエネルギーより小さい。つまり、脆性材料を用いた部材は、延性材料を用いた部材より、破壊されやすい。脆性材料としては、例えば、ＳｉＯ_Ｘ、ＳｉＮ、または酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等が挙げられる。

脆性材料を用いた第２ばね部３０のばね定数ｋ２は、例えば、第２ばね部３０の線幅、第２ばね部３０の膜厚、および第２ばね部３０の湾曲部（フレクチャー（Flexure））のうち、少なくともいずれか１つを適宜設定することによって、延性材料を用いた第１ばね部２３のばね定数ｋ１よりも大きく設定される。なお、第２ばね部３０の脆性材料として、弾性定数が比較的大きなＳｉＮを用いることが望ましい。

本例のように、延性材料の第１ばね部２３および脆性材料の第２ばね部３０が可動な上部電極２０に接続されている場合、上部電極２０が上方に引き上げられた状態（以下、up-stateと称す）における容量電極間の間隔は、脆性材料を用いた第２ばね部３０のばね定数ｋ２によって、実質的に決定される。

脆性材料で構成される第２ばね部３０は、クリープ現象が起こりにくい。そのため、ＭＥＭＳデバイスの駆動を複数回繰り返しても、up-state時における容量電極間（上部電極２０および下部電極１２間）の間隔の変動は少ない。なお、材料のクリープ現象とは、経年変化、または、ある部材に応力が与えられたときに、部材の歪み（形状の変化）が増大する現象のことである。

延性材料で構成される第１ばね部２３は、複数回の駆動によって、クリープ現象が生じる。しかし、第１ばね部２３のばね定数ｋ１は、脆性材料を用いた第２ばね部３０のばね係数ｋ２に比較して小さく設定されている。よって、up-state時における容量電極間の間隔に、延性材料を用いた第１ばね部２３の形状の変化（たわみ）が、大きな影響を与えることはない。

このため、本例では、可動な上部電極（可動構造）２０に、導電性を有する延性材料を用いることができる。すなわち、クリープ現象を考慮せずに、抵抗率の低い材料を可動な上部電極２０に用いることができるため、ＭＥＭＳデバイスの損失を、低減できる。

［製造方法］
次に、図３乃至図１１を用いて、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法について説明する。

図３乃至図９は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造工程を示す断面図であり、図１のII−II線に沿った断面図である。また、図１０および図１１は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造工程を示す拡大平面図である。より具体的には、図１０は図１のＡ領域の拡大図であり、図１１は図１のＢ領域の拡大図である。

まず、図３に示すように、例えばＰ−ＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）法により、支持基板１０上に、層間絶縁層１１が形成される。層間絶縁層１１は、例えば、ＳｉＨ_４やＴＥＯＳを原料としたＳｉＯ_Ｘで構成される。その後、例えばスパッタ法により、層間絶縁層１１上に一様に、金属層が形成される。金属層は、例えばＡｌ、Ａｌを主成分とする合金、Ｃｕ、Ａｕ、またはＰｔで構成される。

次に、例えば、リソグラフィおよびＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により、金属層がパターニングされる。これにより、層間絶縁層１１上に、下部電極１２が形成される。また、同時に層間絶縁層１１上に、ダミー層１３、配線１４，１５が形成される。

その後、例えばＰ−ＣＶＤ法により、全面に絶縁層１６が形成される。これにより、下部電極１２、ダミー層１３、および配線１４，１５の表面が、絶縁層１６によって覆われる。絶縁層１６は、例えば、ＳｉＯ_Ｘ、ＳｉＮ、またはｈｉｇｈ−ｋ材料で構成される。

次に、図４に示すように、絶縁層１６上に、犠牲層１７が塗布される。犠牲層１７は、例えばポリイミドなどの有機材料で構成される。その後、例えばリソグラフィおよびＲＩＥにより、犠牲層１７がパターニングされ、絶縁層１６の一部が露出する。その後、例えばＲＩＥにより、露出した絶縁層１６がエッチングされる。これにより、第１アンカー部２２および第２アンカー部２１となる箇所（配線１５およびダミー層１３の上部）に位置する犠牲層１７および絶縁層１６に開口部が形成され、配線１５およびダミー層１３が露出する。なお、このとき、ダミー層１３は露出されなくてもよい。

次に、図５に示すように、例えばスパッタ法により、全面に、金属層１８が形成される。より具体的には、金属層１８は、開口部外の犠牲層１７の上面上、および開口部内の犠牲層１７（および絶縁層１６）の側面上に形成される。すなわち、金属層１８は開口部に埋め込まれるように形成される。これにより、金属層１８は、開口部の底面において、配線１５およびダミー層１３に接して形成される。金属層１８は、例えばＡｌ、Ａｌを主成分とする合金、Ｃｕ、Ａｕ、またはＰｔで構成される。この金属層１８は、後の工程において、上部電極２０、第２アンカー部２１、第１アンカー部２２、および第１ばね部２３となる層である。

次に、図６に示すように、例えばＰ−ＣＶＤ法により、金属層１８上に、後に第２ばね部３０となる層３０ａが形成される。層３０ａは、例えば、脆性材料で構成される。脆性材料としては、例えば、ＳｉＯ_Ｘ、ＳｉＮ、またはＳｉＯＮ等が挙げられる。

その後、層３０ａ上にレジスト４０が形成された後、例えばリソグラフィによりレジスト４０がパターニングされる。このとき、第２ばね部３０が形成される領域に、レジスト４０が残存する。

次に、図７に示すように、例えばレジスト４０をマスクとしたＲＩＥにより、脆性材料で構成される層３０ａがエッチングされる。これにより、後に形成される上部電極２０と第２アンカー部２１とを接続する第２ばね部３０が形成される。このとき、後に上部電極２０、第２アンカー部２１、第１アンカー部２２、および第１ばね部２３を形成する金属層１８は、加工されていなく、一面に形成されている。このため、その上部に形成される第２ばね部３０は、段差なく、一定の膜厚で水平に形成される。言い換えると、第２ばね部３０は、その下面が平坦に形成される。なお、第２ばね部３０は、その下面のみならず、上面も平坦に形成されてもよい。

次に、図８に示すように、全面にレジスト４１が形成された後、例えばリソグラフィによりレジスト４１がパターニングされる。このとき、上部電極２０、第１アンカー部２２、第２アンカー部２１、および配線２３が形成される領域に、レジスト４１が残存する。なお、後述するように、金属層１８は等方性エッチングによりエッチングされるため、レジスト４１は上部電極２０、第１アンカー部２２、第２アンカー部２１、および配線２３が形成される領域よりも大きくなるように形成される。

次に、図９に示すように、等方性エッチング、例えばウェットエッチングにより、金属層１８がパターニングされる。これにより、犠牲層１７上に下部電極１２に対向する上部電極２０が形成される。また、開口部のダミー層１３上に、第２アンカー部２１が形成される。また、開口部の配線１５上に第１アンカー部２２が形成され、犠牲層１７上に上部電極２０と第１アンカー部２２とを接続する第１ばね部２３が形成される。

このとき、上部電極２０、第２アンカー部２１、第１アンカー部２２、および第１ばね部２３が形成される領域以外の金属層１８は、不要である。すなわち、第２ばね部３０の下部に位置する金属層１８（第２ばね部２０の陰に位置する金属層１８）を除去する必要がある。このため、上述したように、金属層１８は、異方性エッチングではなく、等方性エッチングによりエッチングされる。

また、図１０に示すように、等方性エッチングの場合、第２ばね部３０の下部に位置する金属層１８は、そのサイドからエッチングされる。このため、第２ばね部３０の下部に位置する金属層１８を十分に除去するためには、等方性エッチングによるエッチング量を少なくとも第２ばね部３０の幅Ｗ_１の半分（Ｗ_１／２）以上とする。

一方、図１１に示すように、金属層１８の最小幅を有する金属層パターン（例えば第１ばね部２３）は、その上部にレジスト４１が形成され、等方性エッチングによりサイドからエッチングされることで、形成される。このとき、第１ばね部２３のサイドからのエッチング量は、第２ばね部３０のエッチング量（Ｗ_１／２）と同程度である。このため、第１ばね部２３を形成（残存）するために、その上部のレジスト４１の幅Ｗ_２を第２ばね部３０の幅Ｗ_１よりも大きくする。

なお、等方性エッチングを行う前に、レジスト４１および第２ばね部３０をマスクとした異方性エッチング、例えばＲＩＥにより金属層１８をエッチングしてもよい。すなわち、ＲＩＥによりレジスト４１および第２ばね部３０の下部以外に位置する金属層１８を除去した後、等方性エッチングにより第２ばね部３０の下部に位置する金属層１８を除去する。通常、等方性エッチングよりもＲＩＥ（異方性エッチング）のほうが制御しやすい。このため、事前にＲＩＥによるエッチングを行うことにより、等方性エッチングによるエッチング量を小さくすることができ、エッチングの制御性を向上させることができる。

次に、図２に示すように、レジスト４１が除去された後、等方的なドライエッチング、例えばＯ_２系およびＡｒ系のアッシング処理により、犠牲層１７が除去される。これにより、第１ばね部２３、第２ばね部３０、および上部電極２０を中空状態にする。言い換えると、下部電極１２と上部電極２０との間（上部電極２０下）に、上部電極２０の可動領域が形成される。

なお、実際には上部電極２０上にも可動領域を形成する必要がある。上部電極２０上の可動領域の形成方法に関しては、周知である種々の方法によって形成されるため、詳細は省略する。

例えば、上部電極２０、第２アンカー部２１、第１アンカー部２２、および第１ばね部２３の形成後に、上部電極２０、第１ばね部２３、第２アンカー部２１、第１アンカー部２２、および第２ばね部３０上に図示せぬ犠牲層が形成され、犠牲層上に図示せぬ絶縁層（ドーム構造）が形成される。その後、パターニング加工により絶縁層に貫通孔が形成され、犠牲層１７および図示せぬ犠牲層を、等方的なドライエッチング、例えばＯ_２系およびＡｒ系のアッシング処理により一括除去する。これにより、上部電極２０下だけでなく、上部電極２０上にも、上部電極２０の可動領域が形成される。

このようにして、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスが形成される。

［効果］
上記実施形態によれば、上部電極２０と第２アンカー部２１とを接続する第２ばね部３０が、上部電極２０の上面上から第２アンカー部２１の上面上まで連接して形成され、その間において段差なく水平に形成される。すなわち、第２ばね部３０は、上部電極２０の上面上、第２アンカー部２１の上面上、および中空状態において、同レベルに形成される。これにより、第２ばね部３０が段差部を有して膜質が劣化することを抑制することができる。したがって、第２ばね部３０が切断されたり、細く形成されることによって耐久性が劣化したりすることを抑制できる。すなわち、ＭＥＭＳデバイスにおいて、所望の特性を備えた形状の第２ばね部３０を形成することができる。

［変形例］
図１２および図１３は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造工程の変形例を示す拡大平面図である。より具体的には、図１２および図１３は図１のＡ領域の拡大図である。

図１２に示すように、等方性エッチングにより金属層１８をパターニングする工程において、第２ばね部３０の下部に位置する金属層１８を残存させてもよい。言い換えると、ばね部として、第２ばね部３０（脆性材料）と金属層１８（延性材料）との積層構造を形成してもよい。第２ばね部３０の下部に位置する金属層１８は、上部電極２０および第２アンカー部２１と一体に形成される。この積層構造によれば、金属層１８によって上部電極２０と第２アンカー部２１とを電気的に接続することができる。これにより、金属層１８、第２アンカー部２１、およびダミー層１３を介して、上部電極２０を種々の回路に接続することが可能になる。

また、図１３に示すように、第２ばね部３０が分岐部５０を有する場合、等方性エッチングにより金属層１８をパターニングする工程において、第２ばね部３０の分岐部５０の下部に位置する金属層１８を残存させてもよい。これは、金属層１８のエッチング量（エッチング時間）の増加の抑制を考慮したためである。第２ばね部３０の分岐部５０の下部に位置する金属層１８は、他の領域に比べて等方性エッチングにより除去しにくい。このため、分岐部５０の下部に位置する金属層１８を除去する場合、第２ばね部３０が分岐部５０を有さない場合よりもエッチング量が増加してしまう。これに対し、分岐部５０以外の領域に位置する金属層１８を除去し、分岐部５０の下部に位置する金属層１８を残存させることで、エッチング量の増加を抑制することができる。

なお、本実施形態におけるＭＥＭＳデバイスは上記構造および製造方法に限定されない。

本実施形態において、例えば、脆性材料からなる第２ばね部３０は、単層構造でなくてもよい。例えば、上部電極２０および第２アンカー部２１との密着性の観点から、第２ばね部３０は下層をＳｉＯ_Ｘ、上層をＳｉＮとした積層構造でもよい。この場合、ＳｉＮ層をエッチングした後、ＳｉＯ_Ｘ層をエッチングすることで第２ばね部３０のパターニングを行うことができる。

また、本実施形態において、上部電極２０および下部電極１２間に電圧を印可して静電力で駆動させる方式に適用できるが、上部電極２０および下部電極１２を異種金属の積層構造に形成してその圧電力で駆動させる方式にも適用できる。

また、本実施形態は、可変容量だけではなく、ＭＥＭＳスイッチにも適用可能である。この場合、下部電極１２上に形成されるキャパシタ絶縁層（絶縁層１６）の一部、例えば上部電極２０と接触する箇所をエッチングにより除去することで下部電極１２表面を露出させる。これにより、上部電極２０と下部電極１２によるスイッチが形成され、上部電極２０が駆動することによりスイッチが動作する。

また、本実施形態において、可動な上部電極２０と固定された下部電極１２の２つの電極を有する場合について説明したが、どちらも可動な場合でも適用可能であり、また、３つ以上の電極（例えば、固定された上部電極、固定された下部電極、可動な中間電極）を有する場合にも適用可能である。

また、平面における上部電極２０および下部電極１２の面積は適宜設定可能である。また、上部電極２０および下部電極１２からなるＭＥＭＳ構造をＣＭＯＳ等のトランジスタ回路上に配置することも可能である。さらに、ＭＥＭＳ構造を覆い、保護するドーム構造を形成することも可能である。

その他、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１０…支持基板、１１…層間絶縁層、１２…下部電極、１８…金属層、２０…上部電極、２１…第２アンカー部、３０…第２ばね部

Claims (9)

1. 基板上に固定された第１電極と、
   前記第１電極の上方に対向して配置され、上下方向に可動である第２電極と、
   前記基板上に設けられ、前記第２電極を支持するアンカー部と、
   前記第２電極と前記アンカー部とを接続するばね部と、
   を具備し、
   前記第１電極および前記第２電極は可変容量に適用され、
   前記ばね部は、前記第２電極の上面上から前記アンカー部の上面上まで連接して形成され、前記ばね部の下面は前記第２電極の上面および前記アンカー部の上面に接続され、前記第２電極の上面上、前記アンカー部の上面上およびその間において前記ばね部の下面が平坦に形成されていることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
2. 基板上に固定された第１電極と、
   前記第１電極の上方に対向して配置され、上下方向に可動である第２電極と、
   前記基板上に設けられ、前記第２電極を支持するアンカー部と、
   前記第２電極と前記アンカー部とを接続するばね部と、
   を具備し、
   前記第１電極および前記第２電極は可変容量に適用され、
   前記ばね部は、前記第２電極の上面上から前記アンカー部の上面上まで連接して形成され、前記ばね部の下面は前記第２電極の上面および前記アンカー部の上面に接続され、前記第２電極の上面上、前記アンカー部の上面上およびその間において前記ばね部の下面が段差を有していないことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
3. 前記ばね部は、脆性材料で構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
4. 前記ばね部の下部に形成され、前記第２電極と前記アンカー部とを接続する金属層をさらに具備することを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイス。
5. 基板上に、固定された第１電極を形成する工程と、
   全面に、犠牲層を形成する工程と、
   前記犠牲層上に、金属層を形成する工程と、
   前記金属層上に、ばね部を形成する工程と、
   前記金属層をエッチングすることにより、前記ばね部により接続される第２電極およびアンカー部を形成する工程と、
   を具備し、
   前記ばね部は、前記第２電極の上面上から前記アンカー部の上面上まで連接して形成されていることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
6. 前記第１電極および前記第２電極は可変容量に適用され、
   前記ばね部の下面は前記第２電極の上面および前記アンカー部の上面に接続され、前記第２電極の上面上、前記アンカー部の上面上およびその間において前記ばね部の下面が平坦に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
7. 前記第１電極および前記第２電極は可変容量に適用され、
   前記ばね部の下面は前記第２電極の上面および前記アンカー部の上面に接続され、前記第２電極の上面上、前記アンカー部の上面上およびその間において前記ばね部の下面が段差を有していないことを特徴とする請求項５に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
8. 前記金属層のエッチングの前に、前記金属層上にレジストを形成し、前記レジストをパターニングする工程をさらに具備し、
   前記金属層のエッチングにより形成される最小幅を有する金属層パターン上の前記レジストの幅は、前記ばね部の幅よりも大きいことを特徴とする請求項５、請求項６または請求項７のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
9. 前記金属層のエッチングは、等方性エッチングにより行われることを特徴とする請求項５、請求項６、請求項７または請求項８のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。

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